隔离耦合型波导转微带装置及实现方法与流程

本发明属于通信领域，涉及波导合成/微波功分技术，尤其与隔离耦合型波导转微带装置及实现方法有关。

背景技术：

波同转换是微波系统中广泛应用的一种平面电路和波导结构之间的转换手段，其功能是将平面电路传输的射频信号转换为波导传输，一般平面电路承受功率受限，可通过波导传输以获得更大的承受功率。

波同转换的性能如插损、驻波和承受功率等指标将对整个系统的性能产生较大的影响。

常规的波同转换器为正交结构，采用同轴探针方式耦合于波导口，在进行使用时，输入端口与输出端口不在同一水平面，不利于信号传输方向集成，同时功能单一。

技术实现要素：

为解决上述相关现有技术不足，本发明提供一种隔离耦合型波导转微带装置及实现方法，采用射频绝缘子、阶梯匹配结构以及波导腔等结构实现了射频信号平面与波导之间水平转换传输，同时集成了隔离器和耦合检波电路，反向传输具有良好的隔离度，正向传输具备功率检测功能，适用于同轴-波导过渡结构的微波系统。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

隔离耦合型波导转微带实现方法，包括步骤：

提供一波导腔块，在其上沿信号传输方向依次设置：用于连接射频连接器以引入信号的射频绝缘子、与射频绝缘子连接以吸收反向功率的隔离器、与隔离器连接以通过平行耦合方式实现正向信号耦合检波的耦合检波模块；

提供一波同转换器，在其内部加工出阶梯匹配结构，使阶梯匹配结构的高一端连接一波同绝缘子，并使波同绝缘子穿出于波同转换器一端后与耦合检波模块连接，并使阶梯匹配结构低一端贯通波同转换器另一端，以使波同转换器从阶梯匹配结构高一端通过波同绝缘子引入耦合检波后的信号，并进行波同转换后从阶梯匹配结构低一端输出；

提供一腔体，将波导腔块和波同转换器沿腔体长度方向装配于腔体，设置射频连接器于腔体长度方向一端，并将射频连接器与射频绝缘子连接，在腔体长度方向另一端设置波导口，并将波导口与波同转换器另一端连接；

信号从射频连接器输入后，依次通过射频绝缘子、隔离器、耦合检波模块、波同转换器，从波导口输出，实现隔离耦合型波导转微带。

进一步，耦合检波模块采用以平面射频基板作为载体的耦合检波电路进行实现；将耦合检波电路的主路端口i连接隔离器，主路端口ii连接波同转换器的波同绝缘子；将耦合检波电路的耦合端口i连接负载电阻到地，以吸收该端口的耦合功率；将耦合检波电路的耦合端口ii连接检波二极管，将检波二极管连接回路电阻到地，为检波二极管提供检波回路；将检波二极管连接馈电绝缘子，以实现耦合检波输出。

进一步，波导腔块通过铣切方式一体式加工成型，加工时在其上开设有：第一通道；与第一通道连通的第一装配槽；与第一装配槽连通的第二通道；位于第二通道一侧并与第二通道连通的第二装配槽；位于第二通道一侧并与第二通道连通的第三装配槽；

将容纳射频绝缘子安装于第一通道；将隔离器安装于第一装配槽；将耦合检波电路安装于第二通道；将耦合端口i和负载电阻安装于第二装配槽；将耦合端口ii、检波二极管、回路电阻、馈电绝缘子，安装于第三装配槽，将馈电绝缘子伸出于腔体一侧。

进一步，在将波导腔块装配于腔体之前，在波导腔块顶面设置一波导盖板，实现从波导腔块顶面封闭第一通道、第一装配槽、第二通道、第二装配槽、第三装配槽以进行信号屏蔽；波导盖板装配后，波导腔块、波导盖板、射频绝缘子、隔离器、耦合检波模块形成一个整体，位于波同转换器一端。

进一步，将射频连接器与射频绝缘子连接时，是将射频绝缘子伸出于腔体一端后再与射频连接器连接。

进一步，在腔体长度方向另一端设置波导口时，同时在波导口外周侧设置导电密封槽。

进一步，可将隔离器反向安装，当反向安装时，整个隔离耦合型波导转微带的信号反向传输。

隔离耦合型波导转微带装置，包括：

腔体，以及沿腔体长度方向依次设置于腔体的波导腔块、波同转换器；其中：

腔体长度方向一端设置有射频连接器、另一端设置有波导口；

波导腔块上沿信号传输方向依次设置有：

射频绝缘子，连接射频连接器以引入信号；

隔离器，与射频绝缘子连接，用于吸收反向功率；

耦合检波模块，与连接隔离器，用于通过平行耦合方式实现正向信号耦合检波；

波同转换器，其具有阶梯匹配结构，阶梯匹配结构的高一端连接有一波同绝缘子，波同绝缘子穿出波同转换器一端后与耦合检波模块连接，阶梯匹配结构低一端贯通波同转换器另一端并与波导口连接，波同转换器用于从阶梯匹配结构高一端通过波同绝缘子引入耦合检波后的信号，并进行波同转换后从阶梯匹配结构低一端经波导口输出。

进一步，耦合检波模块包括以平面射频基板作为载体的耦合检波电路；耦合检波电路的主路端口i连接隔离器，主路端口ii连接波同转换器的波同绝缘子；耦合检波电路的耦合端口i连接负载电阻到地，用于吸收该端口的耦合功率；耦合检波电路的耦合端口ii连接检波二极管，检波二极管连接回路电阻到地，用于为检波二极管提供检波回路；检波二极管连接有馈电绝缘子，用于实现耦合检波输出。

进一步，波导腔块通过铣切方式一体式加工成型，其上设有：第一通道，用于容纳射频绝缘子；第一装配槽，与第一通道连通，用于容纳隔离器；第二通道，与第一装配槽连通，用于容纳耦合检波电路；第二装配槽，位于第二通道一侧并与第二通道连通，用于容纳耦合端口i和负载电阻；第三装配槽，位于第二通道一侧并与第二通道连通，用于容纳耦合端口ii、检波二极管、回路电阻、馈电绝缘子。

进一步，波导腔块顶面设有波导盖板，用于从波导腔块顶面封闭第一通道、第一装配槽、第二通道、第二装配槽、第三装配槽以进行信号屏蔽；装配后，波导腔块、波导盖板、射频绝缘子、隔离器、耦合检波模块形成一个整体，位于波同转换器一端。

进一步，射频绝缘子伸出于腔体一端后与射频连接器连接，馈电绝缘子伸出于腔体一侧，波导口外周侧设有导电密封槽。

本发明的有益效果在于：

1、在平面电路中集成了隔离器、耦合检波电路和波同转换器，且波同转换器采用阶梯匹配结构，使信号传输在同一方向，便于水平紧凑型安装，完成最终信号传输；

2、采用平行耦合线方式实现了正向功率耦合，通过负载电阻、回路电阻、检波二极管等产生正向耦合功率检波电压通过馈电绝缘子输出，隔离器具备反向隔离作用并可反向安装以实现信号反向传输，整体无源结构，形成了功能多样的通用模块；

3、集成式多功能设计，采用隔离器、耦合检波电路、波同转换器集成方式，实现了平面电路与波导结构之间水平传输，具备双向传输特性，正向耦合检波和反向隔离均有良好的性能特性，可广泛应用于平面电路与波导结构过渡系统中；

4、结构简单，各端口阻抗匹配良好，插入损耗低，具有较宽的工作带宽。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本申请的范围。

图1示出了本申请实施例的整体结构爆炸图。

图2示出了本申请实施例的不含波导盖板的整体结构俯视图。

图3示出了本申请实施例的整体结构立体图。

图4示出了本申请实施例的波同转换器的阶梯匹配结构示意图。

图5示出了本申请实施例的波同转换器的波导端口回波损耗特性曲线。

图6示出了本申请实施例的波同转换器的传输插入损耗特性曲线。

图7示出了本申请实施例的耦合检波电路的双向耦合度特性曲线。

附图标记：

1-腔体，2-隔离器、3-耦合检波模块，4-波同转换器，5-负载电阻，6-回路电阻，7-检波二极管，8-馈电绝缘子，11-射频绝缘子，12-波导腔块，13-波导盖板，14-射频连接器，15-波导口，16-导电密封槽，21-第一通道，22-第一装配槽，23-第二通道，24-第二装配槽，25-第三装配槽，30-耦合检波电路，301-主路端口i，302-主路端口ii，311-耦合端口i，312-耦合端口ii。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本实例提供一种隔离耦合型波导转微带实现方法，包括步骤：

s1、提供一波导腔块12，在其上沿信号传输方向依次设置：用于连接射频连接器14以引入信号的射频绝缘子11、与射频绝缘子11连接以吸收反向功率的隔离器2、与隔离器2连接以通过平行耦合方式实现正向信号耦合检波的耦合检波模块3；

s2、提供一波同转换器4，在其内部加工出阶梯匹配结构41，如图4所示，使阶梯匹配结构41的高一端连接一波同绝缘子42，并使波同绝缘子42穿出于波同转换器4一端后与耦合检波模块3连接，并使阶梯匹配结构41低一端贯通波同转换器4另一端，以使波同转换器4从阶梯匹配结构41高一端通过波同绝缘子42引入耦合检波后的信号，并进行波同转换后从阶梯匹配结构41低一端输出；

s3、提供一腔体1，将波导腔块12和波同转换器4沿腔体1长度方向装配于腔体1，如图3所示；

s4、设置射频连接器14于腔体1长度方向一端，将射频绝缘子11伸出于腔体1一端后再与射频连接器14连接，如图1所示，设置波导口15于腔体1长度方向另一端，并将波导口15与波同转换器4另一端连接；在波导口15外周侧设置导电密封槽16，如图2~3所示。

信号从射频连接器14输入后，依次通过射频绝缘子11、隔离器2、耦合检波模块3、波同转换器4，从波导口15输出，实现隔离耦合型波同转换。

作为更加详细的实施步骤，耦合检波模块3采用以平面射频基板作为载体的耦合检波电路30进行实现；将耦合检波电路30的主路端口i301连接隔离器2，主路端口ii302连接波同转换器4；将耦合检波电路30的耦合端口i311连接负载电阻5到地，以吸收该端口的耦合功率；将耦合检波电路30的耦合端口ii312连接检波二极管7，将检波二极管7连接回路电阻6到地，为检波二极管7提供检波回路；将检波二极管7连接馈电绝缘子8，以实现耦合检波输出。

作为更加详细的实施步骤，波导腔块12通过铣切方式一体式加工成型，加工时在其上开设有：第一通道21；与第一通道21连通的第一装配槽22；与第一装配槽22连通的第二通道23；位于第二通道23一侧并与第二通道23连通的第二装配槽24；位于第二通道23一侧并与第二通道23连通的第三装配槽25。

基于上述波导腔块12的结构特点，将容纳射频绝缘子11安装于第一通道21；将隔离器2安装于第一装配槽22；将耦合检波电路30安装于第二通道23；将耦合端口i311和负载电阻5安装于第二装配槽24；将耦合端口ii312、检波二极管7、回路电阻6、馈电绝缘子8，安装于第三装配槽25，将馈电绝缘子8伸出于腔体1一侧；从而使得波导腔块12作为承载射频绝缘子11、隔离器2、耦合检波模块3的载体，同时使得这三个模块/器件结构紧凑。

在此基础上，进一步提供一波导盖板13，将其设置于波导腔块12顶面，实现从波导腔块12顶面封闭第一通道21、第一装配槽22、第二通道23、第二装配槽24、第三装配槽25以进行信号屏蔽；波导盖板13装配后，波导腔块12、波导盖板13、射频绝缘子11、隔离器2、耦合检波模块3形成一个整体，位于波同转换器4一端。

通过本实例方法实施后，实现隔离耦合型波同转换。

波同转换器4的波导端口回波损耗特性曲线如图5所示。

波同转换器4的传输插入损耗特性曲线如图6所示。

耦合检波电路30的双向耦合度特性曲线如图7所示。

在本实例中，可将隔离器2反向安装，当反向安装时，整个隔离耦合型波导转微带信号反向传输。

实施例二

如图1~4所示，本实例提供的一种隔离耦合型波导转微带装置，主要包括:射频绝缘子11、隔离器2、耦合电路3、波同转换器4、负载电阻5、回路电阻6、检波二极管7、馈电绝缘子8。

射频绝缘子11、隔离器2、耦合检波模块3、波同转换器4沿信号传输方向依次设置的。

射频绝缘子11用于连接射频连接器14以引入信号；隔离器2与射频绝缘子11连接，用于吸收反向功率；耦合检波模块3与连接隔离器2，用于通过平行耦合方式实现正向信号耦合检波；波同转换器4具有阶梯匹配结构41，阶梯匹配结构41的高一端连接有一波同绝缘子42，波同绝缘子42穿出波同转换器4一端后与耦合检波模块3连接，阶梯匹配结构41低一端贯通波同转换器4另一端并与波导口15连接，波同转换器4用于从阶梯匹配结构41高一端通过波同绝缘子42引入耦合检波后的信号，并进行波同转换后从阶梯匹配结构41低一端经波导口15输出。

信号通过射频连接器14端口输入，并经过射频绝缘子11引入，信号通过隔离器2后，通过耦合检波模块3进行传输，隔离器2的作用是吸收反向的功率，保证信号的单向传输，调节隔离器2负载电阻的大小，可控制反向吸收的承受功率；耦合检波模块3进行正向耦合检波；然后信号传输到波同转换器4通过波同转换后至波导口15输出。

本实例保证了平面电路与波导结构之间的信号传输，同时实现了正向耦合功率检波、反向隔离、水平传输等优点，实现了x波段特定带宽平面电路与波导结构之间的信号传输，同时射频绝缘子处可安装射频连接器14，实现射频连接器14信号传输，波导口15为国际标准矩形波导口，适合各类标准波导口的信号传输，适合各类标准波导口的信号传输，根据系统需求波导口5也可采用非标矩形波导口形式进行信号传输。

其中，隔离器2可反向安装，当反向安装时，整个隔离耦合型波导转微带装置的信号反向传输，具备功能不变。

本实例的波同转接模块为无源结构，通用性较强，方便使用。

波同转换器4采用如图4所示的阶梯匹配结构，不仅可以实现阻抗匹配，而且可以实现信号沿同一方向的传播，无须转弯。

本实例更加具体的实施方式：

耦合检波模块3包括以平面射频基板作为载体的耦合检波电路30；耦合检波电路30的主路端口i301连接隔离器2，主路端口ii302连接波同转换器4，通过焊接方式进行固定；耦合检波电路30的耦合端口i311连接50ω负载电阻5到地，用于吸收该端口的耦合功率；耦合检波电路30的耦合端口ii312连接检波二极管7，检波二极管7连接回路电阻6到地，用于为检波二极管7提供检波回路；馈电绝缘子8焊接于检波二极管7输出焊盘处实现耦合检波输出。

隔离器2和耦合检波电路30集成于平面电路中，采用平行耦合线方式实现了正向功率耦合，通过负载电阻5、回路电阻6、检波二极管7等产生了正向耦合功率检波电压通过馈电绝缘子8输出，隔离器2具备反向隔离作用，将波同转换模块形成了功能多样的通用模块。

具体的，本实例的隔离耦合型波导转微带装置还包括腔体1。

射频绝缘子11、隔离器2、耦合检波模块3、波同转换器4沿腔体1长度方向依次布置于腔体1。从图中可以看出，基本是在一条直线上或一个竖直面上进行结构布局并进行信号的传输。

腔体1内设有通过铣切方式一体式加工成型的波导腔块12，波导腔块12设有：第一通道21，用于容纳射频绝缘子11；第一装配槽22，与第一通道21连通，用于容纳隔离器2；第二通道23，与第一装配槽22连通，用于容纳耦合检波电路30；第二装配槽24，位于第二通道23一侧并与第二通道23连通，用于容纳耦合端口i311和负载电阻5；第三装配槽25，位于第二通道23一侧并与第二通道23连通，用于容纳耦合端口ii312、检波二极管7、回路电阻6、馈电绝缘子8。

波导腔块12顶面设有通过铣切方式一体式加工成型的波导盖板13，用于从波导腔块12顶面封闭第一通道21、第一装配槽22、第二通道23、第二装配槽24、第三装配槽25以进行信号屏蔽；装配后，波导腔块12、波导盖板13、射频绝缘子11、隔离器2、耦合检波模块3形成一个整体，位于波同转换器4一端。

射频绝缘子11伸出于腔体1一端并与设于腔体1一端射频连接器14连接，波导口15设于腔体1相对一端，馈电绝缘子8伸出于腔体1一侧。

上述结构设计，使得本实例的波同转换模块结构更加适合水平结构安装，通过优化平面电路布局，可满足多种形式的安装需要。

本实例通过集成隔离器2、耦合检波模块3、波同转换器4等进行综合优化，获得的波同转换模块，其波同转换器4的波导端口回波损耗特性曲线如图5所示，波同转换器4的传输插入损耗特性曲线如图6所示，耦合检波电路30的双向耦合度特性曲线如图7所示。

本实例采用腔体一次性铣切设计，腔体1内部集成了射频基片，将各部分器件端口焊接于微带线上，波导腔块12上部通过波导盖板13以螺钉锁紧方式进行信号屏蔽，并在波导口15处设计有导电密封槽16，可防止功率泄漏。该波同转换模块结构适合水平结构安装，通过优化平面电路布局，可满足多种形式的安装需

本实例的波同转换模块可适用于平面电路与波导结构过渡中，结构形式简单、体积小、功能多、覆盖频段宽，采用水平波同转换器设计，使波同转换模块的结构更加紧凑，同时保证了各端口的性能指标。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。